不同水盐生境下芦苇湿地植被及土壤碳氮磷生态化学计量特征

在黄河三角洲选取3种典型的芦苇湿地群落为对象,即:故道区(1996年改道的黄河故道河岸带芦苇群落)、新生区(现行黄河河岸带新生芦苇群落)和潮水区(远离新旧河道但受潮汐影响的潮滩芦苇群落),研究黄河改道对3种生境芦苇各器官(茎、叶、根状茎、须根)和土壤剖面碳(C)、氮(N)、磷(P)含量变化及化学计量特征的影响。结果表明: 故道区芦苇叶片C、N、P含量最高,新生区叶片N、茎C、根茎P含量最高,潮水区叶片N、茎C和P含量最高。3种生境芦苇叶片C含量(409.48 g·kg^-1)和P含量(1.09 g·kg^-1)低于全国和全球水平,而N含量(21.71 g·kg^-1)高于全国和全球水平。叶片N∶P(20.22)高于16,土壤N∶P(0.87)低于14,表明3种生境下芦苇生长受P限制。相关性分析表明,电导率是影响芦苇C、N、P化学计量的主要因素之一。研究区芦苇体内C、P储量较低,N储量较高;土壤矿化分解较慢,有机碳可利用率低,C储备量较大,而N、P相对匮乏。     

中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示植被恢复过程中生态系统的养分循环机制及植物的生存策略, 根据亚热带森林群落演替过程, 采用空间代替时间方法, 以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalum chinensis) +南烛(Vaccinium bracteatu) +杜鹃(Rhododendron mariesii)灌草丛(LVR)、檵木+杉木(Cunninghamia lanceolata) +白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana) +柯(Lithocarpus glaber) +檵木针阔混交林(PLL)、柯+红淡比(Cleyera japonica) +青冈(Cyclobalanopsis Glauca)常绿阔叶林(LCC)作为一个恢复系列, 设置固定样地, 采集植物叶片、未分解层凋落物和0-30 cm土壤样品, 测定有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其化学计量比, 运用异速生长关系、养分利用效率和再吸收效率分析植物对环境变化的响应和养分利用策略。结果表明: (1)随着植被恢复, 叶片C:N、C:P、N:P显著下降, 而叶片C、N、P含量和土壤C、N含量、C:P、N:P显著增加, 其中LCC植物叶片C、N含量, 土壤C、N含量及其N:P, PLL植物叶片P含量, 土壤C:P显著高于其他3个恢复阶段, 各恢复阶段植物叶片N:P > 20, 植物生长受P限制; 凋落物C、N、P含量及其化学计量比波动较大。(2)凋落物与叶片、土壤的化学计量特征之间的相关关系较弱, 叶片与土壤的化学计量特征之间具有显著相关关系, 其中叶片C、N、P含量与土壤C、N含量、C:N (除叶片C、N含量外)、C:P、N:P呈显著正相关关系; 叶片C:N与土壤C、N含量、C:P、N:P, 叶片C:P与土壤C含量、C:N、C:P, 叶片N:P与土壤C:N呈显著负相关关系。(3)植被恢复过程中, 叶片N、P之间具有显著异速生长关系, 异速生长指数为1.45, 叶片N、P的利用效率下降, 对N、P的再吸收效率增加, LCC叶片N利用效率最低, PLL叶片P利用效率最低而N、P再吸收效率最高。(4)叶片N含量内稳态弱, 而P含量具有较高的内稳态, 在土壤低P限制下植物能保持P平衡。植被恢复显著影响叶片、凋落物、土壤C、N、P含量及其化学计量比, 叶片与土壤之间C、N、P含量及化学计量比呈显著相关关系, 植物通过降低养分利用效率和提高养分再吸收效率适应土壤养分的变化, 叶片-凋落物-土壤系统的N、P循环随着植被恢复逐渐达到“化学计量平衡”。     

南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤中N、P的化学计量特征

选择南亚热带森林演替过程3个阶段(初期、中期和后期)的典型森林生态系统为研究对象, 在测定植物与土壤中全N、全P含量的基础上, 阐明了森林演替过程中植物与土壤的N、P化学计量特征。结果显示: 1)土壤中全N含量随演替进行而增加, 马尾松(Pinus massoniana)林(初期)、混交林(中期)和季风林(后期) 0-10 cm土层中全N含量分别为0.440、0.843和1.023 g·kg^-1; 混交林0-10 cm土层中全P的含量最为丰富, 为0.337 g·kg^-1, 马尾松林和季风林土壤全P含量分别为0.190和0.283 g·kg^-1。2)植物叶片中全N、全P的含量随演替呈减少的趋势, 但根系中全N、全P的含量都以马尾松林为最多, 混交林和季风林含量彼此相当。3)各土层中N:P随演替的进行呈现明显增加趋势, 马尾松林、混交林和季风林0-10 cm土层中N:P分别为2.3、2.5和3.6; 植物各器官中N:P随演替的进行也呈增加趋势, 且叶片和根系中的N:P相近, 马尾松林、混交林和季风林叶片中N:P分别为22.7、25.3和29.6。基于上述结果, 探讨了南亚热带森林生态系统植物与土壤中N:P特征、森林演替过程中植物与土壤中N:P变化规律以及P对南亚热带森林生态系统的限制作用。结果表明, P已经成为南亚热带森林生态系统生物生长和重要生态过程的限制因子。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片氮磷化学计量内稳性

为科学认识科尔沁沙地优势固沙灌木的生态适应性和固沙植被演变规律,该研究对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间低地的优势固沙灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)进行野外调查,研究了这两种固沙灌木的叶片氮(N)、磷(P)化学计量特征、灌丛土壤养分状况以及内稳性特征。结果表明:1)与盐蒿相比,灌木小叶锦鸡儿具有较高的叶片N含量及N:P,而P含量仅为盐蒿的1/2; 2)两种优势固沙灌木灌丛下土壤的全N、全P含量及速效N、速效P含量高于该地区土壤的平均水平,小叶锦鸡儿灌丛下土壤养分含量显著高于盐蒿灌丛下土壤; 3)盐蒿叶片N、P化学计量内稳性指数(H)表现为HP HN:P HN,说明盐蒿更易受土壤N的限制;小叶锦鸡儿叶片N、P化学计量内稳性指数表现为HN:PHNHP,意味着小叶锦鸡儿更易受土壤P的限制。在N含量较低的沙化草地,HN较高的固沙灌木小叶锦鸡儿比盐蒿更具生长优势,对于该地区生态恢复及保护具有不可替代的作用。然而,小叶锦鸡儿额外吸收的N,使其生长过程可能易受P的限制,因此在沙地恢复过程中应注意土壤P的供应。     

三峡库区消落带池杉-土壤碳氮磷生态化学计量特征

为探究三峡库区消落带消落期池杉(Taxodium ascendens Brongn., 1833)及其实生土壤C、N、P生态化学计量特征,于2018年7月对忠县消落带植被修复示范基地3个水淹处理(DS、MS、SS)池杉幼林不同组分(枝条、叶片、根系和土壤)的C、N、P三种元素含量及其化学计量比进行测定分析。结果表明:(1)随着水淹时间和强度的增加,池杉株高、冠幅、基径和胸径均受到一定的抑制,但总体生长良好,与其稳定的化学计量比关系紧密。(2)不同水淹处理组的池杉枝条、叶片中C、N、P含量及其比值分别均无显著性差异(P0.05)。同一水淹处理组的N、P含量表现为叶片根系枝条土壤;除枝条P含量外,其他器官组分C、N、P含量均显著高于土壤组分(P0.05)。(3)池杉各器官N/P比值均远低于临界比率(14),表明池杉的生长可能受N元素限制较为严重。(4)池杉与实生土壤的C、N、P元素内稳性整体表现为PCN,比值内稳性表现为C/NN/PC/P,地上部分(枝条、叶片)C、N、P元素及其比值的稳定性较地下部分(根系)强。(5)冗余分析(RDA)结果表明池杉生态化学计量特征及生长指标与土壤性质密切相关。研究表明,在三峡库区消落带水文多变的环境下,池杉能够有效维持体内化学计量的平衡以响应不同的水淹强度,并且生长良好,是三峡库区消落带植被恢复与重建的优势树种。     

苦竹叶片碳氮磷化学计量特征的海拔梯度效应

为揭示海拔梯度对苦竹林立竹叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,该文以3个海拔梯度[低海拔,(200±10) m;中海拔,(400±10) m;高海拔,(800±10) m]苦竹林为研究对象,测定1至3年生立竹叶片C、N、P含量,分析其化学计量特征和异速增长关系。结果表明:(1)立竹年龄对苦竹叶片C、N、P含量及其化学计量特征影响明显,随立竹年龄的增大,苦竹叶片C、N、P含量和N∶P总体上均呈降低趋势,而C∶N、C∶P总体上呈升高趋势。(2)海拔对苦竹叶片C、N、P含量及其化学计量特征有重要影响,随海拔梯度升高,不同年龄立竹叶片C含量呈先升高后下降变化趋势,N、P含量总体上呈降低趋势,而C∶N、C∶P和N∶P均呈升高趋势。(3)不同海拔梯度苦竹林立竹叶片C、N、P含量和C∶N、C∶P差异显著,中、高海拔苦竹林立竹叶片N∶P无显著差异,均显著高于低海拔苦竹林;不同海拔梯度苦竹林立竹叶片C、N、P间呈显著的正异速增长关系,随海拔梯度的升高,C-N、C-P异速增长指数显著升高,而N-P异速增长指数显著下降。综上结果表明,高海拔苦竹林虽然N、P利用效率提高,但立竹叶片C含量较低,P限制性作用增强;中海拔苦竹林不但具有较高的N、P利用效率,而且立竹叶片C含量高,说明中海拔是苦竹林丰产培育的适宜海拔。     

中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示植被恢复过程中生态系统的养分循环机制及植物的生存策略,根据亚热带森林群落演替过程,采用空间代替时间方法,以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalumchinensis)+南烛(Vacciniumbracteatu)+杜鹃(Rhododendron mariesii)灌草丛(LVR)、檵木+杉木(Cunninghamia lanceolata)+白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)+柯(Lithocarpus glaber)+檵木针阔混交林(PLL)、柯+红淡比(Cleyera japonica)+青冈(Cyclobalanopsis Glauca)常绿阔叶林(LCC)作为一个恢复系列,设置固定样地,采集植物叶片、未分解层凋落物和0–30 cm土壤样品,测定有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其化学计量比,运用异速生长关系、养分利用效率和再吸收效率分析植物对环境变化的响应和养分利用策略。结果表明:(1)随着植被恢复,叶片C:N、C:P、N:P显著下降,而叶片C、N、P含量和土壤C、N含量、C:P、N:P显著增加,其中LCC植物叶片C、N含量,土壤C、N含量及其N:P,PLL植物叶片P含量,土壤C:P显著高于其他3个恢复阶段,各恢复阶段植物叶片N:P 20,植物生长受P限制;凋落物C、N、P含量及其化学计量比波动较大。(2)凋落物与叶片、土壤的化学计量特征之间的相关关系较弱,叶片与土壤的化学计量特征之间具有显著相关关系,其中叶片C、N、P含量与土壤C、N含量、C:N (除叶片C、N含量外)、C:P、N:P呈显著正相关关系;叶片C:N与土壤C、N含量、C:P、N:P,叶片C:P与土壤C含量、C:N、C:P,叶片N:P与土壤C:N呈显著负相关关系。(3)植被恢复过程中,叶片N、P之间具有显著异速生长关系,异速生长指数为1.45,叶片N、P的利用效率下降,对N、P的再吸收效率增加, LCC叶片N利用效率最低, PLL叶片P利用效率最低而N、P再吸收效率最高。(4)叶片N含量内稳态弱,而P含量具有较高的内稳态,在土壤低P限制下植物能保持P平衡。植被恢复显著影响叶片、凋落物、土壤C、N、P含量及其化学计量比,叶片与土壤之间C、N、P含量及化学计量比呈显著相关关系,植物通过降低养分利用效率和提高养分再吸收效率适应土壤养分的变化,叶片-凋落物-土壤系统的N、P循环随着植被恢复逐渐达到"化学计量平衡"。     

盐胁迫对四季竹细胞膜透性和矿质离子吸收、运输和分配的影响

采用盆栽控制试验,研究了土壤不同NaCl浓度(0(CK)、1‰、2‰、3‰、4‰、5‰和6‰)处理45 d对四季竹叶片脱落率和细胞膜透性以及立竹器官K+、Na+、Ca2+和Cl-等矿质离子的吸收、运输和分配的影响.结果表明,1‰～2‰NaCl处理对四季竹叶片脱落率和离子渗漏率无显著影响,3‰～6‰ NaCl处理显著提高了叶片脱落率和离子渗漏率,四季竹的盐胁迫伤害随土壤盐浓度的增大而加剧.随着Na+、Cl-在四季竹立竹各器官中的显著增加,竹根、竹秆、竹枝K+含量逐渐下降,Ca2+含量变化较小,并且K+、Ca2+在竹根、竹秆中的向上选择性运输能力逐渐减弱.由于竹叶在低浓度(1‰～2‰)和高浓度(3‰～6‰)盐胁迫下分别对Ca2+和K+具有较高的选择性吸收能力,随盐浓度的增大,竹叶K+含量迅速升高,Ca2+含量先升高后下降,这对维持竹叶的营养平衡和正常生长具有重要意义.3‰～6‰NaCl处理时,Na+、Cl-在竹叶中的浓度显著高于立竹其他器官,不仅降低了竹叶的渗透势,有利于水分的向上运输,而且四季竹还可以通过叶片脱落的方式降低体内的盐分含量,减轻盐离子毒害.     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片氮磷化学计量内稳性

为科学认识科尔沁沙地优势固沙灌木的生态适应性和固沙植被演变规律, 该研究对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间低地的优势固沙灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)进行野外调查, 研究了这两种固沙灌木的叶片氮(N)、磷(P)化学计量特征、灌丛土壤养分状况以及内稳性特征。结果表明: 1)与盐蒿相比, 灌木小叶锦鸡儿具有较高的叶片N含量及N:P, 而P含量仅为盐蒿的1/2; 2)两种优势固沙灌木灌丛下土壤的全N、全P含量及速效N、速效P含量高于该地区土壤的平均水平, 小叶锦鸡儿灌丛下土壤养分含量显著高于盐蒿灌丛下土壤; 3)盐蒿叶片N、P化学计量内稳性指数(H)表现为H_P > H_N:P > H_N, 说明盐蒿更易受土壤N的限制; 小叶锦鸡儿叶片N、P化学计量内稳性指数表现为H_N:P > H_N > H_P, 意味着小叶锦鸡儿更易受土壤P的限制。在N含量较低的沙化草地, H_N较高的固沙灌木小叶锦鸡儿比盐蒿更具生长优势, 对于该地区生态恢复及保护具有不可替代的作用。然而, 小叶锦鸡儿额外吸收的N, 使其生长过程可能易受P的限制, 因此在沙地恢复过程中应注意土壤P的供应。     

氮磷添加与不同栽植密度交互对樟树幼苗土壤化学性质的短期影响

研究氮磷添加对不同密度樟树(Cinnamomum camphora)幼苗土壤化学性质的影响,以期为全球化背景下樟树人工林生态系统的土壤养分管理提供依据。以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟大气氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加。氮磷处理设置CK、施N、施P和施N+P 4个水平,其中N、P和N+P施肥量分别为40 g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)、20 g m-2a-1(NaH_2PO_4·2H_2O)和40g m~(-2)a~(-1)(NH_4Cl)+20 g m~(-2)a~(-1)(NaH_2PO_4·2H_2O)。种植密度设置4个水平:10、20、40和80株/m~2,试验时间为2017年6月至9月。研究结果表明,在各密度幼苗土壤中,N和N+P处理引起pH值的显著下降,N、P和N+P处理的土壤有机质和碱解N含量的变化规律不明显,P处理的幼苗土壤全P含量上升,P和N+P处理的土壤有效P含量增加,N+P处理的土壤全K含量以及N、P和N+P处理的土壤速效K含量均下降。在10、20和40株/m~2幼苗的土壤中,P处理的土壤全N含量高于N和N+P处理的,而80株/m~2幼苗的土壤全N含量低于其他密度幼苗。随着种植密度的增加,各施肥处理的土壤pH、全P、有效P、全K和速效K含量均呈现上升趋势,而施N和施P处理的土壤有机质呈现下降趋势,各施肥处理的土壤碱解N含量变化规律不明显。施肥和密度处理对樟树幼苗土壤有机质、碱解氮和速效钾含量有显著的交互作用。     

长白山森林不同演替阶段植物与土壤氮磷的化学计量特征

以长白山森林不同演替阶段的典型群落为对象,研究了不同层次优势种茎和叶化学计量特征及其与土壤因子的关系,并对不同演替阶段群落化学计量进行了比较.结果表明: 叶氮浓度(LNC)与叶磷浓度(LPC)、茎氮浓度(SNC)呈极显著正相关,与茎磷浓度(SPC)显著正相关;LPC与SNC呈显著正相关,与叶N/P、茎N/P显著负相关;叶N/P与茎N/P呈极显著正相关;SNC与SPC呈极显著正相关;SPC与茎N/P呈极显著负相关.各演替群落间的乔木层化学计量特征均有显著差异,灌木层除了叶N/P差异显著以外,其他指标均无显著差异;随演替的进行, LNC明显增加,而LPC呈减少趋势.通过RDA约束排序分析发现,演替前期植物群落主要受氮素的影响,演替中后期主要受氮磷共同影响,以磷素的作用更为强烈.     

黄土丘陵区不同功能群植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形的响应

研究黄土丘陵区植物碳氮磷生态化学计量特征及其对微地形变化的响应,对于深入理解植物对丘陵山地环境的适应策略具有重要的意义。以黄土丘陵区森林草原带不同微地形环境(坡向、坡位)下的不同功能群植物为研究对象,对不同功能群植物叶片和细根的C、N、P含量及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)叶氮含量(LN)、叶磷含量(LP)、根氮含量(RN)、根碳含量(RC)、叶碳/叶氮(LC/LN)、叶碳/叶磷(LC/LP)、叶氮/叶磷(LN/LP)、根碳/根氮(RC/RN)和根氮/根磷(RN/RP)在科属间差异显著(P0.05),而叶碳含量(LC)、根磷含量(RP)和根碳/根磷(RC/RP)在科属间差异不显著(P0.05)。(2)不同科属植物生态化学计量特征对微地形变化的响应不同,禾本科细根C/N在阴坡、阳坡差异性显著,豆科植物根N含量在不同坡位间差异显著(P0.05);菊科植物叶N含量、叶C含量、根N含量、叶片C/N和细根C/N在不同坡位间差异显著(P0.05)。(3)禾本科植物在中坡位受N、P元素共同影响,在其它坡位主要受N元素限制;豆科植物在中坡位和上坡位主要受P元素限制,在下坡位和峁顶受N、P元素共同影响;菊科植物上坡位受N、P元素共同影响,在其他坡位主要受N元素限制。研究表明,不同科属植物在不同微地形条件下受限的营养元素不同,对丘陵多变环境也存在不同的适应策略。     

Nutrient levels within leaves,stems, and roots of the xeric species Reaumuria soongorica in relation to geographical,climatic, and soil conditions

Besides water relations, nutrient allocation, and stoichiometric traits are fundamental feature of shrubs. Knowledge concerning the nutrient stoichiometry of xerophytes is essential to predicting the biogeochemical cycling in desert ecosystems as well as to understanding the homoeostasis and variability of nutrient traits in desert plants. Here, we focused on the temperate desert species Reaumuria soongorica and collected samples from plant organs and soil over 28 different locations that covered a wide distributional gradient of this species. Carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) concentrations and their stoichiometry were determined and subsequently compared with geographic, climatic, and edaphic factors. The mean leaf C, N, and P concentrations and C/N, C/P, and N/P ratios were 371.6 mg g⁻¹, 10.6 mg g⁻¹, 0.73 mg g⁻¹, and 59.7, 837.9, 15.7, respectively. Stem and root C concentrations were higher than leaf C, while leaf N was higher than stem and root N. Phosphorus concentration and N/P did not differ among plant organs. Significant differences were found between root C/N and leaf C/N as well as between root C/P and leaf C/P. Leaf nutrient traits respond to geographic and climatic factors, while nutrient concentrations of stems and roots are mostly affected by soil P and pH. We show that stoichiometric patterns in different plant organs had different responses to environmental variables. Studies of species-specific nutrient stoichiometry can help clarify plant–environment relationships and nutrient cycling patterns in desert ecosystems.     

Close linkages between leaf functional traits and soil and leaf C:N:P stoichiometry under altered precipitation in a desert steppe in northwestern China

Leaf functional traits are important for characterizing plant nutrient strategies. The C:N:P stoichiometric balance in soils and plants, which could indicate types of nutrient limitation, is altered under changing precipitation patterns. However, whether such alterations affect leaf functional traits remains unclear. We conducted a three-year simulated precipitation experiment in a desert steppe in northwestern China to determine changes in leaf photosynthetic traits and nutrient conservation traits in five plant species and tested the relationships of these traits with soil and leaf C:N:P stoichiometry. The five species showed few changes in their leaf traits under drought conditions, but they adjusted these traits (especially P traits) under extremely wet conditions (50% increase in precipitation). Improved leaf photosynthetic N and P use, lowered leaf P uptake, and enhanced leaf N resorption might help Lespedeza potaninii to rely less on soil nutrients in extremely wet environments than other species do. Leaf photosynthetic traits were regulated primarily by soil and leaf C:N:P stoichiometry. Leaf nutrient conservation traits were controlled by both leaf C:N:P stoichiometry and soil properties (i.e., enzyme activity and microbial biomass), a condition especially true for P traits. The results suggest that precipitation-induced alteration in the C:N:P stoichiometric balance might have important influences on plant nutrient use strategies and even on the nutrient cycling of desert steppes.

     

植物生态化学计量特征及其主要假说

植物生态化学计量学是生态化学计量学的重要分支, 主要研究植物器官元素含量的计量特征, 以及它们与环境因子、生态系统功能之间的关系。19世纪, 化学家们通过室内实验, 分析了植物器官的元素含量, 开始了对植物化学元素之间关系的探索。如今, 生态学家通过野外采样和控制实验, 探索植物化学元素计量特征的变化规律、对全球变化的响应以及与植物功能属性之间的关系, 促进了植物生态化学计量学的快速发展。该文在概述植物生态化学计量学发展简史的基础上, 综述了19世纪以来该领域的研究进展。首先, 该文将植物生态化学计量学的发展历程概括为思想萌芽期、假说奠基期和理论构建期3个时期, 对各个时期的主要研究进行了简要回顾和梳理。第二, 概述了植物主要器官的化学计量特征, 尤其是陆生植物叶片氮(N)和磷(P)的计量特征。总体上, 全球陆生植物叶片N、P含量和N:P (质量比)的几何平均值分别为18.74 mg∙g^-1、1.21 mg∙g^-1和15.55 (与16:1的Redfield比一致); 在物种或群落水平上, 叶片N和P含量一般呈现随温度升高、降水增加而降低的趋势。不同生活型植物叶片N和P计量特征差异明显, 尤其是草本植物叶片N和P含量高于木本植物, 落叶阔叶木本植物叶片N和P含量高于常绿木本植物。与叶片相比, 细根和其他器官化学计量特征研究较少。第三, 总结了养分添加实验对植物化学元素计量特征的影响。总体上, N添加一般会提高土壤N的可利用性, 使植物器官中N含量和N:P升高, 在一定程度上提高植物生产力; P添加可能会缓解过量N输入导致的N-P失衡问题, 提高植物器官P含量。但是, 长期过量施肥会打破植物器官原有的元素间计量关系, 导致元素计量关系失衡和生产力下降。第四, 梳理总结了植物生态化学计量学的重要理论、观点和假说, 主要包括刻画化学计量特征与植物生长功能关系的功能关联假说、刻画化学计量特征与环境因子关系的环境关联假说或理论以及刻画化学计量特征与植物进化历史关系的进化关联假说。最后, 指出了植物生态化学计量学研究中存在的问题, 展望了10个未来需要重点关注的研究方向。     

Carbon,nitrogen and phosphorus stoichiometry in leaves and fine roots of dominant plants in Horqin Sandy Land

Aims The stoichiometric characteristics of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in plant organism is vital to understand plant adaptation to environment. In particular, the correlations of elemental stoichiometric characteristics between leaf and fine root could provide insights into the interaction and balance among the plant elements, nutrient use strategies and plant response to global change.Methods We measured C, N, P contents and C:N, C:P, N:P in leaves and fine roots of 60 dominant plants in Horqin sandy land. The 60 plant species were classified into five life forms and two categories such as perennial forb, annual forb, perennial grass, annual grass, shrub, legume, and non-legume. We statistically analyzed the differences and correlations of C, N and P stoichiometry either between fine root and leaf or among five life forms.Important findings The average C, N and P concentrations in leaves of 60 plant species in Horqin sandy land are 424.20 mg·g^-1, 25.60 mg·g^-1 and 2.10 mg·g^-1, respectively. In fine roots, the corresponding element concentrations are 434.03 mg·g^-1, 13.54 mg·g^-1, 1.13 mg·g^-1. N and P concentrations in leaf are approximately twice as high as averages in fine root. Furthermore, similar N:P between leaf and fine root indicates conservative characteristic of elemental stoichiometry in plant organism, suggesting that nutrients distribution is proportional between aboveground and underground of plants. There are significant difference of C, N, P, C:N, C:P and N:P in leaf and root among five life forms. N and P in forb and C:N and C:P in grass are averagely higher than those in other life forms. N:P in annual forb and grass, however, are lower than those in other life forms. C, N in legume are higher than those in non-legume, while C:N in legume is lower than in non-legume. These results imply that nutrient use strategies are significantly different among plant life forms. Correlations analysis showed that N and P in leaf or fine root positively correlated, but C and N, C and P in fine root negatively correlated, suggesting coupling relationship among C, N and P in leaf and fine root. Subsequently, we detected positively significant correlations in C, N, P and their ratios between leaf and fine root, suggesting proportional distribution of photosynthate and nutrient between aboveground and underground during plant growth. Generally, these results supplied fundamental data to understand mass turnover and nutrients cycling of leaves and roots in sand land.     

中国主要湿地植被氮和磷生态化学计量学特征

研究湿地植物氮(N)和磷(P)的生态化学计量学特征对揭示植物与生境的耦合关系具有重要意义。通过收集中国52个采样区湿地植物不同器官和全株样本的N和P含量, 对其进行分类和统计分析, 探讨植物器官、生长期、植物类型、湿地类型和气候带对湿地植物N和P生态化学计量学特征的影响。结果表明: 1)湿地植物各器官N、P和N:P的几何平均值均表现为叶片(N, 16.07 mg·g^-1; P, 1.85 mg·g^-1; N:P, 8.67) >地上部分(N, 13.54 mg·g^-1; P, 1.72 mg·g^-1; N:P, 7.96) >茎(N, 7.86 mg·g^-1; P, 1.71 mg·g^-1; N:P, 4.58); 2)叶片N含量随时间变化呈现“三峰”型变化, 峰值分别出现在5月、7月和9月; 茎的N含量随时间变化表现为“双峰”型, 峰值出现在5月和9月; 成熟期之前, 植物叶片的N:P与N趋同波动, N:P主要受N含量控制; 衰老期N:P受P含量控制。3)湿地类型是影响植物叶片N和P生态化学计量特征的关键因素, N和P含量最高值出现在河流, 最低值出现在沼泽湿地, N:P的变化趋势大致与之相反。4)植物叶片N、P和N:P的几何平均值都表现为热带>温带>亚热带, 但总体差异不显著(p > 0.05)。5)中国大部分湿地植物叶片N:P < 14, 表现为N限制。     

Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant species in China

Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry of Chinese terrestrial plants was studied based on a national data set including 753 species across the country. Geometric means were calculated for functional groups based on life form, phylogeny and photosynthetic pathway, as well as for all 753 species. The relationships between leaf N and P stoichiometric traits and latitude (and temperature) were analysed. The geometric means of leaf N, P, and N : P ratio for the 753 species were 18.6 and 1.21 mg g(-1) and 14.4, respectively. With increasing latitude (decreasing mean annual temperature, MAT), leaf N and P increased, but the N : P ratio did not show significant changes. Although patterns of leaf N, P and N : P ratios across the functional groups were generally consistent with those reported previously, the overall N : P ratio of China's flora was considerably higher than the global averages, probably caused by a greater shortage of soil P in China than elsewhere. The relationships between leaf N, P and N : P ratio and latitude (and MAT) also suggested the existence of broad biogeographical patterns of these leaf traits in Chinese flora.     

生态系统恢复后干热河谷植物叶片N、P、K含量及物种优势度的变化

以金沙江干热河谷生态系统为对象,通过对比恢复区与对照区(干扰区)的植物叶片N、P、K含量、比值及其与优势度的关系,研究了生态系统恢复对植物叶片化学计量特征的影响.结果表明：生态系统恢复显著降低了植物叶片的N、P含量以及P/K,对K含量无显著影响.其中,恢复区内植物叶片N、P、K含量均值分别为10.405、0.604和9.619 g·kg^-1,比对照区分别下降了16.9%、34.9%和4.7%.恢复区中植物优势度与叶片P含量间呈极显著负相关,而对照区植物优势度与叶片K含量的负相关关系最显著.生态系统恢复改变了N、P、K之间标度关系的斜率和截距.而恢复区与对照区同一物种间叶片N、P含量差别不显著.研究区植物叶片化学计量特征的改变主要是由群落物种替代引起的.     

克氏针茅草原植物叶片性状对放牧强度的响应

放牧干扰是影响草地植物性状的方式之一,植物叶片性状能够客观反映植物对生长环境的适应性.本文以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度的样地为研究区,探讨叶片性状间的相互关系及在不同放牧梯度上和不同生活型功能群之间的变化规律.结果表明:克氏针茅草原植物的主要叶片性状在不同生活型植物之间差异均不显著,但是各个性状之间的相关性较强.在放牧梯度上,重度放牧样地上叶片磷含量和氮磷比值与中度放牧区和轻度放牧区有显著差异;在生活型功能群分类中,放牧对多年生杂草的叶片磷含量和氮磷比值有显著影响,表明多年生杂草对放牧较为敏感,重度放牧改变了植物养分利用策略.合理放牧可以改善克氏针茅草原植物养分性状并有利于遏制草原的退化.